Contribution au développement de la méthode électrodiffusionnelle : "nouveaux capteurs et exemples d'applications"

Contribution of the development of the electrochemical method : new probes and examples of applications

• Auteur / Autrice : Xavier Adolphe
• Direction : Sergueï Martemianov
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Thermique, énergétique et génie des procédés
• Date : Soutenance en 2005
• Etablissement(s) : Poitiers
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences pour l'ingénieur et aéronautique (Poitiers1992-2008)
• Partenaire(s) de recherche : autre partenaire : École nationale supérieure d'ingénieurs (Poitiers1984-....)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Champs magnétiques

Turbulence

Transfert de charge

Microcapteurs

Résumé

Cette thèse a été réalisée dans le cadre des programmes européens COST F2 " Electrochemical Flow Measurements " et COST P6 " MagnetoFluidDynamics ". Ce sujet pluridisciplinaire porte sur l'étude des phénomènes convectifs aux voisinages de l'interface solide/liquide par la méthode électrodiffusionnelle (couplage des phénomènes hydro/thermo/électrochimiques). Sur le plan de la métrologie un nouveau type de capteurs électrodiffusionnels (" screen-printed electrodes ") a été étudié et mis au point. Un accent particulier a été porté sur l'étalonnage des capteurs vis-à-vis des mesures du frottement pariétal local et des caractéristiques statistiques de la turbulence dans la sous-couche visqueuse. Cela a permis d'obtenir des données expérimentales fiables pour la caractérisation fine du mélange d'un scalaire passif près de la paroi. Les mesures expérimentales effectuées dans un canal plan ont été confrontées avec les simulations numériques directes (DNS), dont les résultats sont très prometteurs. Une démarche vers le développement d'une nouvelle méthode de diagnostics des écoulements basée sur les mesures du temps de transfert des espèces électroactives entre deux électrodes a été proposée. Sur le plan du contrôle des transferts interfaciaux deux types d'actionneurs ont été étudiés : l'influence d'un champ magnétique (les forces de Lorentz) et l'influence des tensioactifs. Les méthodes développées ont été utilisées pour trois applications industrielles: -la modélisation (logiciel FLUENT) des processus galvaniques dans un bain d'étamage (collaboration contractuelle avec la Société PEM (" Protection Electrolytique des Métaux "); - l'étude de la croissance des biofilms (12ème CPER, programme " Eaux " en collaboration avec la société " Concorde Chimie ") ; - l'utilisation de l'impédancemètrie pour les simulations du comportement des batteries Lithium-Ion en collaboration avec la société SAFT.

The dissertation has been realized within the framework of European programmes COST F2 " Electrochemical Flow Measurements " and COST P6 " MagnetoFluidDynamics ". This multidisciplinary topic deals with the studies of convective transfer phenomena near solid/liquid interfaces (coupling of hydro/thermo/electrochemical phenomena). The new type of electrodiffusional sensors (" screen-printed electrodes ") have been studied and adapted for practical applications. Special attention has been paid to the calibration of electrochemical probes with respect to local wall shear stress measurements as well as to the measurements of the statistical characteristics of the turbulence within the viscous sublayer. This allows us to obtain reliable data for the fine characterisation of the near wall turbulent mixing of a passive scalar. The results of experimental measurements in a plane channel are in a good agreement with the results of direct numerical simulations (DNS). A new method of electrochemical flow diagnostic based on the measurements of the delay time have been proposed and studied. Two types of control of the interfacial transfer phenomena have been studied : electromagnetic actions (influence of the Lorentz forces) and surfactants. The methods developed have been used for three industrial applications : - modelling (software FLUENT) of the galvanic processes (contact collaboration with the company PEM: " Protection Electrolytique des Métaux "); -study of biofilms growth (12th CPER, program "WATER" in collaboration with the company " Concorde Chimie "); - simulation of Lithium-Ion behaviour by using electrochemical impedance spectroscopy (in collaboration with the company " SAFT ").